Ученые НИИ биологии ИГУ продолжают исследования геномов амфипод Байкальского региона. Об актуальности ведущихся исследований говорит поддержка одного из крупнейших российских грантодателей в области науки - Российского научного фонда, которую получил в конце марта проект, выполняемый под руководством кандидата биологических наук Полины Дроздовой (7 млн руб. ежегодно в течение трех лет).
Проект молодого ученого посвящен исследованию роли изменений в геномах ключевых видов амфипод Байкальского региона в возникновении репродуктивных барьеров между формирующимися видами. Тема: «Размер и структура геномов амфипод (Crustacea: Amphipoda) Байкальского региона как ключ к механизмам симпатрического и аллопатрического видообразования в озере Байкал».
«Известно, что состав и размеры геномов у разных видов сильно варьируют, несмотря на очевидное сходство ключевых процессов в клетках всех живых организмов. Почему? Ответа на этот вопрос пока не получено. В случае гидробионтов (организмы, постоянно обитающие в водной среде) на размер генома оказывает влияние множество факторов: температурный режим, глубина обитания, метаболическая активность вида, выбор экологической стратегии и т.д., но механизмы влияния этих факторов не всегда очевидны. Возможные причинно-следственные связи наиболее эффективно изучать в компактных группах близкородственных видов. Уникальным примером такой группы видов являются эндемичные разноногие раки, или амфиподы, озера Байкал, представленные более чем 350 видами и подвидами», - отметила Полина Дроздова.
Выполняя проект, ученые планируют получить ответы на ряд фундаментальных и методических вопросов. В частности, фундаментальные вопросы эволюции геномов касаются распределения в них повторяющихся последовательностей. Повторы в ДНК часто являются фактором, определяющим размер генома, и специфичны для конкретных групп живых организмов. Ранее их считали «мусорной ДНК», но в последние годы накапливается всё больше и больше сведений о важности повторов для биологического разнообразия и эволюции. Конкретно в рамках проекта будет рассмотрен вопрос о том, обладают ли две группы байкальских амфипод (потомки первой и второй волны вселения в Байкал), а также родственный потомкам второй волны вселений голарктический вид Gammarus lacustris, схожим разнообразием и распределением повторяющихся последовательностей по хромосомам или они уникальны для представителей каждого из вселений или даже для отдельных родов.
Повторы также представляют большую проблему для сборки геномов, прочтённых с помощью методов секвенирования второго поколения. Эту проблему можно попробовать решить с помощью гибридной сборки, т.е. комбинирования данных секвенирования второго поколения (коротких, но точных участков) и третьего поколения (длинных последовательностей, прочтённых с большим количеством ошибок). В данном проекте на примере байкальского эндемика будет рассмотрен конкретный вопрос: может ли гибридная сборка при использовании небольшого количества длинных чтений существенно улучшить и упростить сборку сложных геномов?
Полина Дроздова отметила, что основным фундаментальным результатом проекта будет определение вероятных механизмов, обеспечивающих происходящие в данный момент процессы видообразования в озере Байкал. Материалы исследования будут иметь несомненную значимость для разработки эффективных методов экологического мониторинга и предсказания последствий глобальных климатических изменений для фауны озера.
«Ключевым результатом исследований станет вклад в изучение эволюции геномов в группах близкородственных видов на примере эндемичных амфипод озера Байкал. Мы впервые изучим размеры и структуру геномов ряда ключевых видов-эндемиков, а также репродуктивные барьеры между недавно выявленными видами-двойниками, которые почти неразличимы морфологически, но уже очень далеки генетически», - считает Полина Дроздова.
Важнейшим результатом проекта, помимо фундаментальной значимости, станет и прикладной аспект - подготовка основы для будущих геномных проектов с использованием эндемичных амфипод озера Байкал, а также апробация нового инструмента для сборки сложных геномов. Такой подход может существенно сократить затраты на выполнение геномных проектов и в будущем стать одним из стандартных методов для анализа данных секвенирования геномов.
«Мы впервые проведем гибридную сборку генома Eulimnogammarus verrucosus с использованием чтений технологий секвенирования Oxford Nanopore (третье поколение) и Illumina (второе поколение) - это направление работы послужит модельной системой для сборки геномов амфипод в будущем. Вместе с тем, в совокупности с результатами изучения размера и структуры геномов, это позволит реалистично планировать необходимые объемы секвенирования для последующих исследований», - рассказала Полина Дроздова.
Полина Дроздова - кандидат биологических наук, выпускница СПбГУ, кафедра генетики и биотехнологии. Сфера научных интересов - молекулярная генетика. В Иркутск переехала в 2018 году для работы в научной группе доктора биологических наук директора НИИ биологии ИГУ Максима Тимофеева.
